[发明专利]一种用于金刚石线切割设备的冷却液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅晶片切割工艺中使用的冷却液，具体涉及一种用于金刚石线切割单晶硅的冷却液。

背景技术

目前太阳能光伏电池所使用的材料主要有非晶硅、多晶硅、单晶硅、Ⅲ-Ⅴ族多元化合物等。其中单晶硅具有较高光电转换效率，材料本身对环境不造成污染，材料来源广泛、性能稳定等特点。在单晶硅电池制造过程中，需要将直拉的单晶硅棒切成厚度在200um左右的硅片。

现在主要采用两种方式进行切割：砂浆多线切割和金刚石线多线切割。金刚石线切割相比砂浆切割具有切割效率高，低成本，低污染，质量更高的特点，更符合可持续发展的需要，相比传统砂浆切割更具有竞争优势。在使用金刚石线切割时，需要在线上喷洒冷却液，一方面降低切割缝的温度，另一方面可以润滑金刚石线，带走并有效悬浮切割下来的硅粉。

目前现有的金刚线冷却液主要分为以下三种：一种是聚乙二醇体系的冷却液，在中国发明专利申请公开说明书CN102352278A中公开了一种金刚石线专用切割液，其主要以聚乙二醇为主，加入一定比例的防锈剂，乳化剂和消泡剂，这种冷却液优点是冷却效果较好，对于硅粉等杂质有一定的悬浮和螯合作用，因为其聚乙二醇浓度为19wt%～59wt%（重量百分比），使其成本较高。为了简化起见，以下将“wt%（重量百分比）”简写为“wt%”。

一种是小分子醇、醚、酚类混合冷却液，在中国发明专利申请公开说明书CN102433190A中公开了一种金刚石线切割液及其制备方法，其主要以丙二醇为主体，通过添加其他醚类和酚类添加剂配制而成的冷却液，这种冷却液的优点是对硅片表面的性能有一定的改善，成本相对较低，但其缺点是冷却效果一般，对于硅粉等杂质的分散效果不是很理想。

一种是水基冷却液，主要以水为主，通过加入分散剂、螯合剂、表面活性剂、消泡剂和粘度调节剂而成的一种冷却液，这种冷却液成本低，环境友好，但要解决的问题就是如何分散硅粉等杂质。

目前市场化的冷却液在使用过程中通常会有如下问题：（1）冷却效果不佳。在切割过程中硅锭温度升高到30℃以上，除产生切片不良外，还容易软化粘棒胶，使得掉片、掉棒，造成巨大损失。（2）对硅粉的悬浮性太好或太差。悬浮性太好，使得硅粉更容易随着冷却液反复进入切缝，降低金刚石线的切割效率，也更容易形成TTV不良；悬浮性太差，使得硅粉容易沉积在设备的各个角落，尤其是板式换热器中，使得冷却液与工艺冷却水换热不良，不能有效降低冷却液温度，造成切割不良。（3）在回收利用时容易产生气泡。在切割过程中，大量的气泡存在于金刚石线的表面，使得实际参与冷却和悬浮的冷却液大量减少，造成硅片表面温度分布不均，容易产生碎片、线痕等不良。（4）部分酸性冷却液容易腐蚀钢线。使得金刚石在钢线表面粘接不牢，容易脱落，不能够充分发挥金刚石线的切割能力，更有甚者降低钢线的拉伸强度，容易产生断线。

冷却液是金刚石线切割的重要辅材之一，占其辅材成本的23wt%，占制造成本的11wt%。其大部分产品为进口产品，价格高昂，为了进一步实现清洁生产，降低成本，提高切割质量，需要一种新的国产化的冷却液满足金刚石线切割单晶硅。

发明内容

本发明的发明目的：本发明为了克服上述现有技术存在的缺点，提供一种同时具有冷却效果好、硅粉悬浮能力适中、低粘度、低泡沫、低腐蚀性的冷却液，以及这种冷却液的制备方法。

本发明的技术方案是：一种用于金刚石线切割设备的冷却液，其主要由2.5wt%～90wt%去离子水、2wt%～86wt%的二乙二醇、0.1wt%～10wt%的聚乙二醇、1wt%～30wt%的分散剂、0.01wt%～10wt%的螯合剂、0.1wt%～10wt%的金属腐蚀抑制剂、0.01wt%～5wt%的消泡剂组成，所述聚乙二醇平均分子量为100～2000。

作为本发明一种用于金刚石线切割设备的冷却液的一个优选方案，金刚石线切割设备的冷却液主要由2.5wt%～80wt%去离子水、0.1wt%～5wt%的聚乙二醇、5wt%～25wt%的分散剂、10wt%～80wt%的二乙二醇、0.01wt%～5wt%的螯合剂、1wt%～5wt%的金属腐蚀抑制剂、0.01wt%～3wt%的消泡剂组成，所述聚乙二醇平均分子量为100～1000。